超精密切削加工课件
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超精密加工技术PPT培训课件

详细描述
在模具加工中,超精密加工技术能够加工出高精度、高光洁 度的模具表面,提高模具的使用寿命和制件的精度,广泛应 用于塑料模具、压铸模具等领域。
航空航天零件加工
总结词
超精密加工技术在航空航天领域的应 用,涉及发动机叶片、涡轮盘等复杂 零件的加工。
详细描述
由于航空航天领域对零件的精度和性 能要求极高,超精密加工技术能够实 现复杂零件的高精度、高效率加工, 提高航空航天器的性能和安全性。
特种加工原理
特种加工是指利用物理、化学或电学等 非传统机械能来去除材料的一种加工方 法。与传统的切削和磨削加工相比,特 种加工具有更高的加工精度和更广泛的
加工适应性。
常见的特种加工方法包括激光束加工、 电子束加工、离子束加工、等离子体加 工等。这些方法利用高能束流或等离子 体与工件表面相互作用,实现材料的快
误差补偿技术
热误差补偿
通过对机床热误差的测量和建模, 实现对热误差的有效补偿,提高
加工精度。
运动误差补偿
通过对机床运动误差的测量和建 模,实现运动误差的补偿,提高
加工精度。
综合误差补偿
综合运用热误差和运动误差补偿 技术,实现对超精密加工过程中
各种误差的有效补偿。
04 超精密加工技术的应用案 例
光学元件加工
加工精度提升
超精密加工技术面临的技术瓶颈之一是如何进一步提高加工精度 和表面质量。
材料限制
某些特殊材料在超精密加工过程中容易出现裂纹、变形等问题,如 何克服这些材料限制是亟待解决的问题。
加工效率与成本控制
提高加工效率并降低成本是超精密加工技术发展的关键,需要不断 优化工艺参数和设备性能。
新材料加工的挑战
医疗器械
超精密加工技术在医疗器械领域的 应用广泛,如人工关节、心脏瓣膜 等高精度医疗设备的制造。
在模具加工中,超精密加工技术能够加工出高精度、高光洁 度的模具表面,提高模具的使用寿命和制件的精度,广泛应 用于塑料模具、压铸模具等领域。
航空航天零件加工
总结词
超精密加工技术在航空航天领域的应 用,涉及发动机叶片、涡轮盘等复杂 零件的加工。
详细描述
由于航空航天领域对零件的精度和性 能要求极高,超精密加工技术能够实 现复杂零件的高精度、高效率加工, 提高航空航天器的性能和安全性。
特种加工原理
特种加工是指利用物理、化学或电学等 非传统机械能来去除材料的一种加工方 法。与传统的切削和磨削加工相比,特 种加工具有更高的加工精度和更广泛的
加工适应性。
常见的特种加工方法包括激光束加工、 电子束加工、离子束加工、等离子体加 工等。这些方法利用高能束流或等离子 体与工件表面相互作用,实现材料的快
误差补偿技术
热误差补偿
通过对机床热误差的测量和建模, 实现对热误差的有效补偿,提高
加工精度。
运动误差补偿
通过对机床运动误差的测量和建 模,实现运动误差的补偿,提高
加工精度。
综合误差补偿
综合运用热误差和运动误差补偿 技术,实现对超精密加工过程中
各种误差的有效补偿。
04 超精密加工技术的应用案 例
光学元件加工
加工精度提升
超精密加工技术面临的技术瓶颈之一是如何进一步提高加工精度 和表面质量。
材料限制
某些特殊材料在超精密加工过程中容易出现裂纹、变形等问题,如 何克服这些材料限制是亟待解决的问题。
加工效率与成本控制
提高加工效率并降低成本是超精密加工技术发展的关键,需要不断 优化工艺参数和设备性能。
新材料加工的挑战
医疗器械
超精密加工技术在医疗器械领域的 应用广泛,如人工关节、心脏瓣膜 等高精度医疗设备的制造。
超精密切削加工技术

(1)积屑瘤的生成规律及影响
• 超精密切削过程中积屑瘤对切削力的影响远远大 于在普通切削中的影响。 • 铝铜材料在低速切削时,切削力较大,随切削速 度的增加,切削力急剧下降,至200~300m/min 后,切削力基本保持不变。 • 其原因在于低速时生成的积屑瘤高,使切削层厚 度大幅度增加,故切削力也大,随速度增加积屑 瘤高度急剧减小,因而切削力也急剧下降。 • 这个规律与普通切削正好相反。
刀具的几何参数影响加工表面粗糙 度
• 若为圆弧刃切削,刀尖半径为r,进给量为f 则表面粗糙度 Rmax=f 2/8r • 若为直刃切削,主偏角Kγ,副偏角Kγ’ 则表面粗糙度 Rmax=f·tgkγ·tgk’ γ/ (tgKγ+tgK’ γ) • 因此刀具的主、辅偏角、刀尖半径和进给 量都会对超精密加工表面的粗糙度产生直 接的影响。
切削用量的选择
切削深度的选择
• 超精密切削时允许的最小切深取决于金刚 石刀具的刃口半径ρ,约是(1/2~1/3)ρ。 • 若刃口半径达到ρ=0.05~0.01μm,最小切 削深度可以在0.01μm以下,获得超光滑表 面。
进给量和修光刃的选择
• 超精密切削都采用很小的进给量,刀具制 成带修光刃的刀尖结构。 • 但对有修光刃的刀具且f≤0.02mm/r时,进 给量再减小对表面粗糙度的影响甚微。 • 修光刃可以减小加工表面粗糙度,修光刃 的长度取0.05~0.10mm。 • 长度过长,对提高加工表面质量效果不大。
加工环境与边缘技术是不可忽视的 间接因素
②振动 • 电机转子与定子间的磁力不均、联接器因 准直误差和回转振摆等都会产生振动问题。 • 为此需要改善各机械零部件和工艺系统的 动态特性,采用力偶传递动力,如精密摸 床上的双销鸡心夹头。
精密与超精密加工技术课件

珩磨效果影响因素
珩磨效果受到多种因素的影响 ,如磨石的粒度、粘结剂的类 型、珩磨头的转速和压力等。
电解加工工艺
电解加工工艺概述
电解加工是一种利用电化学反应去除 工件材料的加工方法,具有加工精度 高、表面质量好等特点。
电解加工工艺流程
电解加工工艺通常包括工件表面处理 、电解液的选择和调整、电解加工设 备的设置以及加工参数的控制等步骤 。
、汽车和航空领域。
陶瓷材料
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和 耐高温等特点,常用于制造刀具、 磨具和高温部件。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成, 具有优异的综合性能,如碳纤维复 合材料具有高强度和轻质的特点。
复合材料
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料具有高 强度、高刚性和耐腐蚀等 特点,广泛应用于建筑、 船舶和汽车领域。
抛光效果受到抛光轮的材料、转速、抛光膏或抛光液的成分以及抛光 压力等因素的影响。
珩磨工艺
珩磨工艺概述
珩磨是一种利用珩磨头上的磨 石与工件表面进行摩擦,以去 除表面微小凸起和划痕的加工
方法。
珩磨材料
珩磨头上的磨石由硬质颗粒和 粘结剂组成,具有较高的硬度 和耐磨性。
珩磨工艺流程
珩磨工艺通常包括工件表面处 理、涂敷润滑剂、珩磨头的旋 转运动以及工件的往复运动等 步骤。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有高强 度、轻质和耐高温等特点 ,常用于制造航空器和体 育用品。
金属基复合材料
金属基复合材料以金属为 基体,加入增强纤维或颗 粒,以提高材料的强度、 刚度和耐磨性。
04
精密与超精密加工工艺
研磨工艺
研磨工艺概述
研磨材料
研磨是一种通过研磨剂去除工件表面微小 凸起和划痕的加工方法,以达到平滑表面 的效果。
珩磨效果受到多种因素的影响 ,如磨石的粒度、粘结剂的类 型、珩磨头的转速和压力等。
电解加工工艺
电解加工工艺概述
电解加工是一种利用电化学反应去除 工件材料的加工方法,具有加工精度 高、表面质量好等特点。
电解加工工艺流程
电解加工工艺通常包括工件表面处理 、电解液的选择和调整、电解加工设 备的设置以及加工参数的控制等步骤 。
、汽车和航空领域。
陶瓷材料
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和 耐高温等特点,常用于制造刀具、 磨具和高温部件。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成, 具有优异的综合性能,如碳纤维复 合材料具有高强度和轻质的特点。
复合材料
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料具有高 强度、高刚性和耐腐蚀等 特点,广泛应用于建筑、 船舶和汽车领域。
抛光效果受到抛光轮的材料、转速、抛光膏或抛光液的成分以及抛光 压力等因素的影响。
珩磨工艺
珩磨工艺概述
珩磨是一种利用珩磨头上的磨 石与工件表面进行摩擦,以去 除表面微小凸起和划痕的加工
方法。
珩磨材料
珩磨头上的磨石由硬质颗粒和 粘结剂组成,具有较高的硬度 和耐磨性。
珩磨工艺流程
珩磨工艺通常包括工件表面处 理、涂敷润滑剂、珩磨头的旋 转运动以及工件的往复运动等 步骤。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有高强 度、轻质和耐高温等特点 ,常用于制造航空器和体 育用品。
金属基复合材料
金属基复合材料以金属为 基体,加入增强纤维或颗 粒,以提高材料的强度、 刚度和耐磨性。
04
精密与超精密加工工艺
研磨工艺
研磨工艺概述
研磨材料
研磨是一种通过研磨剂去除工件表面微小 凸起和划痕的加工方法,以达到平滑表面 的效果。
《超精密加工技术》PPT课件

1〕砂带与工件柔性接触,磨粒载荷小,且均匀,工件受 力、热作用小,加工质量好〔 Ra 值可达 0.02μm〕。
2〕静电植砂,磨粒 有方向性,尖端向 上 〔 图 12〕 , 摩 擦 生热小,磨屑不易 堵塞砂轮,磨削性 能好。
磨粒 粘接剂 规格涂层 基带 图12 静电植砂砂带结构
3〕强力砂带磨削,磨削比〔切除工件重量与砂轮磨耗重量 之比〕高,有“高效磨削〞之称。
➢由聚氨基甲酸〔乙〕 酯制成,磨料直径 0.1~0.01μm
图13 弹性发射加工原理
➢ 机理:微切削+被加工材料的微塑性流动作用
一、 精细与超精细加工技术
★ 液体动力抛光 ➢ 工作原理〔图14〕
工具运动方向 抛光工具
➢抛光工具上开有锯齿槽, 抛光液
磨粒
靠楔形挤压和抛光液的反
弹,增加微切削作用。
工件
一、 精细与超精细加工技术
概述
◆精细加工 —— 在一定的开展时期,加工精度和外表质量 到达较高程度的加工工艺。
超精细加工 —— 在一定的开展时期,加工精度和外表质 量到达最高程度的加工工艺。 ◆瓦特改进蒸汽机 —— 镗孔精度 1mm
20 世纪 40 年代 —— 最高精度 1μm 20 世纪 末 ——
工件
砂带
b)砂带定心外圆磨削 (接触轮式)
支承板 主动轮
砂带 工件 c)砂带定心外圆磨削
(接触轮式)
砂带
接触轮
砂带
接触轮 d)砂带内圆磨削
(回转式)
工件
工件
砂带
工作台
e)砂带平面磨削 (支承板式)
支承轮 f)砂带平面磨削
(支承轮式)
图11 几种砂带磨削形式
一、 精细与超精细加工技术
超精密磨削PPT培训课件

运用统计方法对加工过程进行监控,通过控制图对加工过程的稳 定性进行分析和控制。
测量系统分析(MSA)
对测量系统进行评估和分析,确保测量结果的准确性和可靠性。
质量工具应用
运用质量管理工具如因果图、流程图、直方图等,对质量问题进行 分析和改进。
05 超精密磨削的未来发展
新材料对超精密磨削的影响
轻质材料
02 超精密磨削技术原理
磨削的基本原理
磨削是通过硬质颗粒在工件表面 摩擦、刻划和切削作用,使工件
表面材料逐渐去除的过程。
磨削过程中,磨粒对工件表面的 压力和摩擦产生热量,使工件表 面局部熔化或软化,从而实现对
工件的切削和抛光。
磨削不仅可以加工金属材料,还 可以加工非金属材料,如玻璃、
陶瓷等。
超精密磨削的特殊技术
感谢您的观看
超精密磨削工具包括各种磨盘、 砂轮、研磨剂等,其质量和选 择直接影响加工精度和表面质 量。
超精密磨削设备与工具需要定 期维护和校准,以确保其精度 和可靠性。
03 超精密磨削的工艺流程
粗磨阶段
总结词
去除多余材料
详细描述
粗磨阶段是超精密磨削工艺流程的起始阶段,主要任务是去除多余的材料,为 后续精磨和抛光阶段打下基础。在这一阶段,使用较硬的磨料和较大的磨削压 力,以较快的磨削速度去除大部分的余量。
新技术与新工艺的发展趋势
1 2
智能化磨削
利用人工智能、大数据等先进技术,实现超精密 磨削过程的智能监控、智能优化和智能决策,提 高加工精度和效率。
绿色磨削
在环保要求日益严格的背景下,发展绿色磨削技 术,减少加工过程中的材料浪费和环境污染。
3
微纳磨削
随着微纳制造技术的发展,超精密磨削将向微纳 级别发展,实现更小尺度的高精度加工。
测量系统分析(MSA)
对测量系统进行评估和分析,确保测量结果的准确性和可靠性。
质量工具应用
运用质量管理工具如因果图、流程图、直方图等,对质量问题进行 分析和改进。
05 超精密磨削的未来发展
新材料对超精密磨削的影响
轻质材料
02 超精密磨削技术原理
磨削的基本原理
磨削是通过硬质颗粒在工件表面 摩擦、刻划和切削作用,使工件
表面材料逐渐去除的过程。
磨削过程中,磨粒对工件表面的 压力和摩擦产生热量,使工件表 面局部熔化或软化,从而实现对
工件的切削和抛光。
磨削不仅可以加工金属材料,还 可以加工非金属材料,如玻璃、
陶瓷等。
超精密磨削的特殊技术
感谢您的观看
超精密磨削工具包括各种磨盘、 砂轮、研磨剂等,其质量和选 择直接影响加工精度和表面质 量。
超精密磨削设备与工具需要定 期维护和校准,以确保其精度 和可靠性。
03 超精密磨削的工艺流程
粗磨阶段
总结词
去除多余材料
详细描述
粗磨阶段是超精密磨削工艺流程的起始阶段,主要任务是去除多余的材料,为 后续精磨和抛光阶段打下基础。在这一阶段,使用较硬的磨料和较大的磨削压 力,以较快的磨削速度去除大部分的余量。
新技术与新工艺的发展趋势
1 2
智能化磨削
利用人工智能、大数据等先进技术,实现超精密 磨削过程的智能监控、智能优化和智能决策,提 高加工精度和效率。
绿色磨削
在环保要求日益严格的背景下,发展绿色磨削技 术,减少加工过程中的材料浪费和环境污染。
3
微纳磨削
随着微纳制造技术的发展,超精密磨削将向微纳 级别发展,实现更小尺度的高精度加工。
超精密切削加工

节能技术
研发节能技术和设备,降低切削加工的能耗和排放,提高资源利用效率。
THANK YOU
智能化与自动化
智能切削参数优化
通过智能化技术,实现切削参数的实时优化,提高加工效率和降 低能耗。
自动化监控与补偿
利用传感器和机器视觉技术,实现切削过程的自动化监控和补偿, 提高加工精度和稳定性。
智能切削决策支持系统
开发智能切削决策支持系统,为切削加工提供科学依据和优化建议。
切削过程建模与仿真
切削力模型
清洗作用
03
切削液可以清除切屑和磨粒,防止其粘附在刀具和工件上,影
响加工精度和质量。
切削参数优化
切削深度优化
根据工件材料和加工要求,选择合适的切削深度,以实现高效、 高精度的加工效果。
切削速度优化
根据刀具材料和工件材料,选择合适的切削速度,以提高加工效 率、减小刀具磨损和防止工件热变形。
进给量优化
04
超精密切削加工的挑战与解决 方案
刀具磨损
总结词
刀具磨损是超精密切削加工中常见的问题,它会影响 加工精度和表面质量。
详细描述
在超精密切削加工过程中,刀具与工件的高速摩擦会 导致刀具磨损,进而影响切削刃的锋利度和切削深度 ,最终导致工件表面粗糙度增加或产生加工误差。为 了解决这一问题,可以采用高硬度、高耐磨性的刀具 材料,如金刚石或立方氮化硼等,以提高刀具的耐磨 性和使用寿命。此外,优化切削参数、加强刀具冷却 和润滑也是减轻刀具磨损的有效措施。
韧性决定了材料抵抗切削应力的能力。韧性较好的材料在切 削过程中不易开裂或崩刃,能够获得较好的表面质量。在超 精密切削加工中,应选择具有较好韧性的材料,以减小切削 过程中的振动和热变形。
材料热导率
研发节能技术和设备,降低切削加工的能耗和排放,提高资源利用效率。
THANK YOU
智能化与自动化
智能切削参数优化
通过智能化技术,实现切削参数的实时优化,提高加工效率和降 低能耗。
自动化监控与补偿
利用传感器和机器视觉技术,实现切削过程的自动化监控和补偿, 提高加工精度和稳定性。
智能切削决策支持系统
开发智能切削决策支持系统,为切削加工提供科学依据和优化建议。
切削过程建模与仿真
切削力模型
清洗作用
03
切削液可以清除切屑和磨粒,防止其粘附在刀具和工件上,影
响加工精度和质量。
切削参数优化
切削深度优化
根据工件材料和加工要求,选择合适的切削深度,以实现高效、 高精度的加工效果。
切削速度优化
根据刀具材料和工件材料,选择合适的切削速度,以提高加工效 率、减小刀具磨损和防止工件热变形。
进给量优化
04
超精密切削加工的挑战与解决 方案
刀具磨损
总结词
刀具磨损是超精密切削加工中常见的问题,它会影响 加工精度和表面质量。
详细描述
在超精密切削加工过程中,刀具与工件的高速摩擦会 导致刀具磨损,进而影响切削刃的锋利度和切削深度 ,最终导致工件表面粗糙度增加或产生加工误差。为 了解决这一问题,可以采用高硬度、高耐磨性的刀具 材料,如金刚石或立方氮化硼等,以提高刀具的耐磨 性和使用寿命。此外,优化切削参数、加强刀具冷却 和润滑也是减轻刀具磨损的有效措施。
韧性决定了材料抵抗切削应力的能力。韧性较好的材料在切 削过程中不易开裂或崩刃,能够获得较好的表面质量。在超 精密切削加工中,应选择具有较好韧性的材料,以减小切削 过程中的振动和热变形。
材料热导率
超精密切削加工 PPT

切削刃的粗糙度。 2) 切削刃的粗糙度。切削时切削刃的粗糙度将决定 加工表面的粗糙度。普通刀刃的粗糙度Ry Ry0 加工表面的粗糙度 。 普通刀刃的粗糙度 Ry0.3~5 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry Ry0 μm , 金刚石刀具刀刃的粗糙度 Ry0.1~0.2 μm , 特殊情况Ry nm。 Ry1 特殊情况Ry1nm。 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 保证长的刀具寿命。 保证长的刀具寿命。 刀刃无缺陷,足够的强度,耐崩刃性能。 4) 刀刃无缺陷,足够的强度,耐崩刃性能。 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、 5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦 系数低,能得到极好的加工表面完整性。 系数低,能得到极好的加工表面完整性。
• 一.超精密切削加工简介 • 二.超精密切削的刀具 • 三.超精密加工机床 • 四.影响切削表面粗糙度的因素及发展 趋势
一.超精密切削加工简介 超精密切削加工简介
• 1.超精密切削的历史 1.超精密切削的历史
• 60年代初,由于宇航用的陀螺,计算机用的磁鼓、 60年代初,由于宇航用的陀螺,计算机用的磁鼓、 年代初 磁盘,光学扫描用的多面棱镜, 磁盘,光学扫描用的多面棱镜,大功率激光核聚 变装置用的大直径非圆曲面镜, 变装置用的大直径非圆曲面镜,以及各种复杂形 状的红外光用的立体镜等等, 状的红外光用的立体镜等等,各种反射镜和多面 棱镜精度要求极高,使用磨削、研磨、 棱镜精度要求极高,使用磨削、研磨、抛光等方 法进行加工,不但加工成本很高,而且很难满足 法进行加工,不但加工成本很高, 精度和表面粗糙度的要求。为此,研究、 精度和表面粗糙度的要求。为此,研究、开发了 使用高精度、 使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切 削加工的方法。 削加工的方法。
【机械制造】超精密加工技术ppt模版课件

• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工现状 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工的发展展望
18.03.2021
Page 18
超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期,精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来,随着科 学技术和人们生活水平的提高,精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域, 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺,综合应用了机械技术发展的新成果 及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进 的控制、测试手段等,使机械加工的精度得到进 一步提高,使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
18.03.2021
Page 16
概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行,纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立,正在实行合作的研究计划, 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
18.03.2021
Page 17
超精密加工技术
18.03.2021
Page 34
超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定,采用了精密数字伺服方 式,控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ,实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给, 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构,可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统,油温 控制在20士0.0005˚,消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术,使加工精度 达到0.025μm,该机床可用于加工平面,球面及非 球面,用于加工激光核聚变工程的零件,红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
18.03.2021
Page 18
超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期,精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来,随着科 学技术和人们生活水平的提高,精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域, 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺,综合应用了机械技术发展的新成果 及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进 的控制、测试手段等,使机械加工的精度得到进 一步提高,使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
18.03.2021
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概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行,纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立,正在实行合作的研究计划, 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
18.03.2021
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超精密加工技术
18.03.2021
Page 34
超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定,采用了精密数字伺服方 式,控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ,实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给, 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构,可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统,油温 控制在20士0.0005˚,消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术,使加工精度 达到0.025μm,该机床可用于加工平面,球面及非 球面,用于加工激光核聚变工程的零件,红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
《精密超精密加工》课件

04
精密超精密加工材料
金属材料
01
02
03
钢铁
常用的金属材料,具有高 强度、耐磨性和耐腐蚀性 ,适用于各种精密超精密 加工应用。
铜合金
具有良好的导热性和导电 性,广泛用于电子和通信 行业。
钛合金
具有高强度、轻质和耐腐 蚀性,常用于航空和医疗 领域。
非金属材料
陶瓷
具有高硬度、耐高温和化学稳定性,适用于高精度和 高硬度的加工需求。
详细描述
防止加工过程中的损伤需要从多个方面入手,包括优化刀具设计、选择合适的切削参数 、加强刀具管理和维护等。此外,采用新型的涂层技术和刀具材料也是防止损伤的有效
手段。
06
பைடு நூலகம்
精密超精密加工的应用案例
航空航天领域的应用案例
总结词
精密超精密加工技术在航空航天领域的应用广泛,涉 及发动机叶片、涡轮盘、航空仪表等关键部件的制造 。
这些技术包括离子束加工、电子束加工、激光束加工等。这些技术通常具有更高的加工精度和更广泛 的适用范围,可以应用于各种不同的材料和领域。
03
精密超精密加工设备与工具
超精密切削加工设备
01
超精密切削加工设备主要用于高 精度零件的切削加工,其特点是 切削精度高、加工表面质量好、 加工效率高。
02
常见的超精密切削加工设备包括 数控机床、激光切割机、水切割 机等。
汽车工业领域的应用案例
总结词
精密超精密加工技术在汽车工业领域的应用主要涉及 汽车发动机、变速器、制动系统等关键零部件的制造 。
详细描述
在汽车工业领域,精密超精密加工技术主要用于制造汽 车发动机、变速器、制动系统等关键零部件。这些零部 件的性能对汽车的性能和安全性有重要影响。精密超精 密加工技术能够提高零部件的精度和耐磨性,降低摩擦 和阻力,提高燃油经济性和排放性能。同时,还能缩短 产品研发周期,提高生产效率,降低制造成本。
精整加工——超精密加工ppt课件

vw Dwnw /1000 va Af cos/1000
vm ax (D w nw)2(A f)2/1000
College Of Mechanic1a0l And Vehicle
;.
arctanva arctanAfcos
vw
Dwnw
max
arctan
Af Dwnw
式中 vw——工件回转线速度(m/min);
;.
2.精整加工的特点 使用高品质微粒磨料制成的固结磨具油石。 切削速度远低于磨削速度。(100m/min) 精整加工具有特殊运动形式。 精整加工所使用的磨具不需修整。
4
;.
❖ 10.1.2 精整加工机理 精整加工是一种选择压力作用点的加工方法 当工具与工件在一定宽度面上接触,施加压力后,自动地选择局部突出的地方加工,故仅
❖ 油石的切削作用越强,生产率越高,但表面粗糙度越高。 因此粗超精加工时θmax可选大一些,一般取30~45 º; 精超精加工时,一般取10~20 º
13
;.
2.油石的振动频率及振幅 ❖ 振动频率f越高,切削作用越强,因而加工效率越高。但f受到超精头和工艺系统刚度的限
制,频率过高可能使工件表面出现振纹,使表面粗糙度升高。一般粗超精加工f取 1500~2000次/min,精超精加工f取500~1500次/min。 ❖ 振幅A越大切削作用越强,但表面粗糙度值越高。粗超精加工选3~5mm;精超精加工选 1~3mm。
切除承受压力处的材料。 这种加工方法使工具与工件分别随行对方引导而同时逐步提高精度,即使工具多少存在误
差,由于加工过程中工具上的误差点也被切除,提高了工具精度,故与一般强制进给的切 削方法不同,可获得较高的加工精度。
5
;.
vm ax (D w nw)2(A f)2/1000
College Of Mechanic1a0l And Vehicle
;.
arctanva arctanAfcos
vw
Dwnw
max
arctan
Af Dwnw
式中 vw——工件回转线速度(m/min);
;.
2.精整加工的特点 使用高品质微粒磨料制成的固结磨具油石。 切削速度远低于磨削速度。(100m/min) 精整加工具有特殊运动形式。 精整加工所使用的磨具不需修整。
4
;.
❖ 10.1.2 精整加工机理 精整加工是一种选择压力作用点的加工方法 当工具与工件在一定宽度面上接触,施加压力后,自动地选择局部突出的地方加工,故仅
❖ 油石的切削作用越强,生产率越高,但表面粗糙度越高。 因此粗超精加工时θmax可选大一些,一般取30~45 º; 精超精加工时,一般取10~20 º
13
;.
2.油石的振动频率及振幅 ❖ 振动频率f越高,切削作用越强,因而加工效率越高。但f受到超精头和工艺系统刚度的限
制,频率过高可能使工件表面出现振纹,使表面粗糙度升高。一般粗超精加工f取 1500~2000次/min,精超精加工f取500~1500次/min。 ❖ 振幅A越大切削作用越强,但表面粗糙度值越高。粗超精加工选3~5mm;精超精加工选 1~3mm。
切除承受压力处的材料。 这种加工方法使工具与工件分别随行对方引导而同时逐步提高精度,即使工具多少存在误
差,由于加工过程中工具上的误差点也被切除,提高了工具精度,故与一般强制进给的切 削方法不同,可获得较高的加工精度。
5
;.
超精密磨削PPT课件

整形:使砂轮的磨削表面达到精确的几何形状 的过程。
修锐:通过去除结合剂增加磨粒突出高度,在 磨料层中形成足够的容屑空间。
普通磨料砂轮,其整形和修锐是同时进行,超 硬磨料砂轮的修整则分为两个独立过程,即整 形和修锐。
.
31
金刚石车削修整方法
用单点或聚晶金刚石笔,金刚石修整片等车削超硬磨 料砂轮。
用粗粒度砂轮(60# -80#)精细修整后进行精密磨削时,光磨次数视 加工表面粗糙度的要求不同可取5~10次单行程;用细粒度砂轮 (240#-W7)精细修整后进行精密磨削时,光磨次数可取10-25次单 行程。
1.粗粒度砂轮(PA60KV)
2.细. 粒度砂轮(WA/GCW10KR)
24
4.2.2采用弹性砂轮精密磨削
超硬磨具:超硬磨料耐磨性好、比较昂贵,硬度一般较高。在标 志中,无硬度项。
磨具硬度等级名称及其代号
大级
硬度等级名称
小级
代号 (GB2484-84)
超软 软
中软 中
中硬 硬
超硬
超软1 超软2 超软3
软1 软2 软3
中软1 中软2
中1
中2
中硬1 中硬2 中硬3
硬1
硬2
超硬.
DE F
GH J
KL
MN
PQR
.
13
普通磨料磨具的标志
普通磨料固结磨具的标志按国标GB2484-84规定,其书写顺序为: 磨具形状、尺寸、磨料、力度、组织、结合剂、最高工作线速度。
国标GB2484-84
国际标准ISO
.
14
超硬磨料磨具的标志
书写顺序为:形状、尺寸、磨料、粒度、结合 剂和浓度等。平行砂轮标志示例如下:
.
修锐:通过去除结合剂增加磨粒突出高度,在 磨料层中形成足够的容屑空间。
普通磨料砂轮,其整形和修锐是同时进行,超 硬磨料砂轮的修整则分为两个独立过程,即整 形和修锐。
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31
金刚石车削修整方法
用单点或聚晶金刚石笔,金刚石修整片等车削超硬磨 料砂轮。
用粗粒度砂轮(60# -80#)精细修整后进行精密磨削时,光磨次数视 加工表面粗糙度的要求不同可取5~10次单行程;用细粒度砂轮 (240#-W7)精细修整后进行精密磨削时,光磨次数可取10-25次单 行程。
1.粗粒度砂轮(PA60KV)
2.细. 粒度砂轮(WA/GCW10KR)
24
4.2.2采用弹性砂轮精密磨削
超硬磨具:超硬磨料耐磨性好、比较昂贵,硬度一般较高。在标 志中,无硬度项。
磨具硬度等级名称及其代号
大级
硬度等级名称
小级
代号 (GB2484-84)
超软 软
中软 中
中硬 硬
超硬
超软1 超软2 超软3
软1 软2 软3
中软1 中软2
中1
中2
中硬1 中硬2 中硬3
硬1
硬2
超硬.
DE F
GH J
KL
MN
PQR
.
13
普通磨料磨具的标志
普通磨料固结磨具的标志按国标GB2484-84规定,其书写顺序为: 磨具形状、尺寸、磨料、力度、组织、结合剂、最高工作线速度。
国标GB2484-84
国际标准ISO
.
14
超硬磨料磨具的标志
书写顺序为:形状、尺寸、磨料、粒度、结合 剂和浓度等。平行砂轮标志示例如下:
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精密和超精密加工技术课件

➢自发吸收 - 电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶 ➢自发辐射 - 电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较 低能阶 ➢受激辐射 - 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能 阶,并释放光子。
激光器
➢ 固体激光器
➢YAG (钇、铝和石榴石构成) 激光器,红宝石激光器 ➢特点:器件小、坚固、使用方便、输出功率大
墨最常用。
➢工作液——主要功能压缩放电通道区域,提高 放电能量密度,加速蚀物排出;常用工作液有 煤油、机油、去离子水、乳化液等。 ➢放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必 要条件。为保持适当的放电间隙,在加工过程 中,需采用自动调节器控制机床进给系统,并 带动工具电极缓慢向工件进给。
电火花加工工作要素
➢高速而能量密集的电子束冲击到工件上,被冲 击点处形成瞬时高温(几分之一微秒时间内升 高至几千摄氏度),工件表面局部熔化、气化 直至被蒸发去除。
电
子
电子束
束
加工的
喷丝头
加
异形孔
工
电子束加工曲面、穿孔
电子束加工特点及应用
➢ 电子束束径小(最小直径可达 0.01-0.05mm ),而其 长度可达束径几十倍,可加工微细深孔、窄缝。
➢可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 ➢工具与工件不需作复杂的相对运动,机床结构简单。 ➢被加工表面无残余应力,无破坏层,加工精度较高,尺
寸精度可达0.01~0.05mm 。
➢加工过程受力小,热影响小,可加工薄壁、薄片等易变
形零件。
➢ 生产效率较低。采用超声复合加工(如超声车削,超声 磨削,超声电解加工,超声线切割等)可提高加工效率。
➢优点:无焊渣,不需去除工件氧化膜,可实现不同材料 之间的焊接,特别适宜微型机械和精密焊接。
激光器
➢ 固体激光器
➢YAG (钇、铝和石榴石构成) 激光器,红宝石激光器 ➢特点:器件小、坚固、使用方便、输出功率大
墨最常用。
➢工作液——主要功能压缩放电通道区域,提高 放电能量密度,加速蚀物排出;常用工作液有 煤油、机油、去离子水、乳化液等。 ➢放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必 要条件。为保持适当的放电间隙,在加工过程 中,需采用自动调节器控制机床进给系统,并 带动工具电极缓慢向工件进给。
电火花加工工作要素
➢高速而能量密集的电子束冲击到工件上,被冲 击点处形成瞬时高温(几分之一微秒时间内升 高至几千摄氏度),工件表面局部熔化、气化 直至被蒸发去除。
电
子
电子束
束
加工的
喷丝头
加
异形孔
工
电子束加工曲面、穿孔
电子束加工特点及应用
➢ 电子束束径小(最小直径可达 0.01-0.05mm ),而其 长度可达束径几十倍,可加工微细深孔、窄缝。
➢可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 ➢工具与工件不需作复杂的相对运动,机床结构简单。 ➢被加工表面无残余应力,无破坏层,加工精度较高,尺
寸精度可达0.01~0.05mm 。
➢加工过程受力小,热影响小,可加工薄壁、薄片等易变
形零件。
➢ 生产效率较低。采用超声复合加工(如超声车削,超声 磨削,超声电解加工,超声线切割等)可提高加工效率。
➢优点:无焊渣,不需去除工件氧化膜,可实现不同材料 之间的焊接,特别适宜微型机械和精密焊接。
精密和超精密加工技术PPT课件

Precision and ultraprecision machining
精密和超精密加工技术
1
教材:《精密和超精密加工技术》(第2版) 袁哲俊、王先逵主编 机械工业出版社
➢ 学时:28 ➢ 周二下午5-6节(H514) ➢ 周四上午1-2节(H514)
参考材料: 1、张建华主编《精密与特种加工技术》 2、王先逵编《精密加工技术实用手册》,
8
1.1 发展精密和超精密加工技术的重要性
精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键
作为制造技术的主战场,作为真实产品的实 际制造,必然要靠精密加工和超精密加工技术, 例如,计算机工业的发展不仅要在软件上,还要 在硬件上,即在集成电路芯片上有很强的能力, 应该说,当前,我国集成电路的制造水平约束了 计算机工业的发展。美国制造工程研究者提出的 汽车制造业的“两毫米工程”使汽车质量赶上欧、 日水平,其中的举措都是实实在在的制造技术。
热流动加工(高频电流、热射流、电子束、激光) 液体、气体流动加工(压铸、挤压、喷射、浇铸) 微粒子流动加工
5
精密和超精密加工方法分类(2)
分类 切削加工 磨料加工
特种加工
复合加工
加工方法
等离子体切削 微细切削 微细钻削
微细磨削 研磨 抛光 弹性发射加工 喷射加工
电火花成形加工 电火花切割加工 电解加工 超声波加工 微波加工 电子束加工 粒子束去除加工 激光去除加工 光刻加工
段,通常,按加工精度划分,可将机械加工分为一般 加工、精密加工、超精密加工三个阶段。
➢精密加工:加工精度在0.1~1µm,加工表面粗糙
度在Ra0.02~0.1µm之间的加工方法称为精密加工;
➢超精密加工:加工精度高于0.1µm,加工表面粗糙
精密和超精密加工技术
1
教材:《精密和超精密加工技术》(第2版) 袁哲俊、王先逵主编 机械工业出版社
➢ 学时:28 ➢ 周二下午5-6节(H514) ➢ 周四上午1-2节(H514)
参考材料: 1、张建华主编《精密与特种加工技术》 2、王先逵编《精密加工技术实用手册》,
8
1.1 发展精密和超精密加工技术的重要性
精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键
作为制造技术的主战场,作为真实产品的实 际制造,必然要靠精密加工和超精密加工技术, 例如,计算机工业的发展不仅要在软件上,还要 在硬件上,即在集成电路芯片上有很强的能力, 应该说,当前,我国集成电路的制造水平约束了 计算机工业的发展。美国制造工程研究者提出的 汽车制造业的“两毫米工程”使汽车质量赶上欧、 日水平,其中的举措都是实实在在的制造技术。
热流动加工(高频电流、热射流、电子束、激光) 液体、气体流动加工(压铸、挤压、喷射、浇铸) 微粒子流动加工
5
精密和超精密加工方法分类(2)
分类 切削加工 磨料加工
特种加工
复合加工
加工方法
等离子体切削 微细切削 微细钻削
微细磨削 研磨 抛光 弹性发射加工 喷射加工
电火花成形加工 电火花切割加工 电解加工 超声波加工 微波加工 电子束加工 粒子束去除加工 激光去除加工 光刻加工
段,通常,按加工精度划分,可将机械加工分为一般 加工、精密加工、超精密加工三个阶段。
➢精密加工:加工精度在0.1~1µm,加工表面粗糙
度在Ra0.02~0.1µm之间的加工方法称为精密加工;
➢超精密加工:加工精度高于0.1µm,加工表面粗糙
超精密切削加工与金刚石刀具(精密加工)-PPT精选文档

第2章 超精密切削与金刚石刀具
超精密切削是使用精密的单晶天然金刚石刀具加工 有色金属和非金属,可以直接加工出超光滑的加工表 面(粗糙度Ra0.02~0.005µ m,加工精度<0.01µ m)。 用于加工:陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射 镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计 算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、 复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等。 超精密切削也是金属切削的一种,当然也服从金属 切削的普遍规律。 金刚石刀具的超精密加工技术主要应用于单件大型 超精密零件的切削加工和大量生产中的中小型超精密 零件加工。
2019/3/26
2019/3/26
2.4 切削参数变化对加工表面质量的影响
三、切削刃形状对加工表面粗糙度的影响
超精密切削时用的单晶金刚石刀具,有直线修 光刃和圆弧刃。 直线刃:刀具制造容易,国内用得较多,可减 少残留面积,减小加工面的粗糙度值。修光刃 的长度常取:0.05-0.20mm。 圆弧刃:刀具制造较复杂,对刀方便,圆弧刃 半径一般取2~5mm。
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
二、积屑瘤对切削力和加工表面粗糙度的影响 1、对切削力的影响
积屑瘤高时切削力也大,积屑瘤小时切削力也小。与普通切削规律正好相反。 而普通切削钢时,积屑瘤可增加刀具的实际前角,故积屑瘤增大可使切削力 下降。 2019/3/26
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
图 2-4 :图中所示沿切削速 度方向出现磨损沟槽,由 于金刚石和铁、镍的化学 和物理亲和性而产生的腐 蚀沟槽; 图 2-5 :金刚石切削时,若 有微小振动,就会产生刀 刃微小崩刃。
2019/3/26
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
一、切削参数对积屑瘤生成的影响
超精密切削是使用精密的单晶天然金刚石刀具加工 有色金属和非金属,可以直接加工出超光滑的加工表 面(粗糙度Ra0.02~0.005µ m,加工精度<0.01µ m)。 用于加工:陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射 镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计 算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、 复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等。 超精密切削也是金属切削的一种,当然也服从金属 切削的普遍规律。 金刚石刀具的超精密加工技术主要应用于单件大型 超精密零件的切削加工和大量生产中的中小型超精密 零件加工。
2019/3/26
2019/3/26
2.4 切削参数变化对加工表面质量的影响
三、切削刃形状对加工表面粗糙度的影响
超精密切削时用的单晶金刚石刀具,有直线修 光刃和圆弧刃。 直线刃:刀具制造容易,国内用得较多,可减 少残留面积,减小加工面的粗糙度值。修光刃 的长度常取:0.05-0.20mm。 圆弧刃:刀具制造较复杂,对刀方便,圆弧刃 半径一般取2~5mm。
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
二、积屑瘤对切削力和加工表面粗糙度的影响 1、对切削力的影响
积屑瘤高时切削力也大,积屑瘤小时切削力也小。与普通切削规律正好相反。 而普通切削钢时,积屑瘤可增加刀具的实际前角,故积屑瘤增大可使切削力 下降。 2019/3/26
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
图 2-4 :图中所示沿切削速 度方向出现磨损沟槽,由 于金刚石和铁、镍的化学 和物理亲和性而产生的腐 蚀沟槽; 图 2-5 :金刚石切削时,若 有微小振动,就会产生刀 刃微小崩刃。
2019/3/26
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
一、切削参数对积屑瘤生成的影响
《精密超精密加工》PPT课件

精密切削研究最早从金刚石车削开始——金刚石铣削——金刚石镗削,来 加工型面和内孔。刀具材料从金刚石刀具材料——立方氮化硼、复合陶瓷等。 精密加工的经济性:
过去尤其其昂贵的价格、高要求的加工环境在一定程度上限制精密加工的 应用范围。
现在由于科学技术发展和生活水平的提高,精密加工深入到各个领域。机 械制造业:加工工具、卡具、量具,发达国家已经开始零件的精密加工。
特点:
精密磨削加工
磨削是一种常用的半精加工和精加工方法,砂轮是磨削的主要工具。
1、可加工 一般结构材料:铸铁、碳钢、合金钢; 难以切削高硬度材料:淬火钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等。
2、精度高、表面粗糙度小:IT5及以上,Ra为1.25~0.01um
3、径向作用力大且作用在工艺系统刚性较差的方向上。 4、磨削的温度高,磨削产生的切削热多:80%~90%传入工件。故应大量采用切削液来降 低磨削温度。
5、砂轮有自锐作用:磨粒破碎,形成新的菱角。
6、磨削加工的工艺范围广:外圆面、内圆面、平面等。 7、磨削在切削加工中的应用比例增大:发达国家占到30%~40%。
精密与超精密加工技术
精密磨削加工:细粒度的磨粒或微粉、高精度小表面粗糙度值。是利用微小的 多刃刀具去除细微切屑的一种加工方法。一般指砂轮磨削和砂带磨削。
精密与超精密加工技术
精密加工中,热变形引起的加工误差占总误差的40%~70%。因此必须严格控 制工件的温升和环境温度的变化。
通常采用切削液浇注工件的方法来减小切削热对精密加工的影响。 课本上列出了干切削与施加冷却液时的表面粗糙度比较图,见图1.14;不同 的切削液对表面粗糙度的影响图,见图1.15。
◆ 机理、特点
金刚石超精密加工技术
➢ 切削在晶粒内行; ➢ 切削力>原子结合力(剪切应力达13000N/ mm2);
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Fx/Fy与工件材料的强度、延伸率和摩擦系数有关, 并和临界点A的位置有关。根据经验,一般Fx/Fy =0.8~1,金刚石刀具Fy=0.9Fx。切削过程中取金 刚石和铝合金的摩擦系数µ =0.12~0.26,则:
hDmin =(0.322~0.249)ρ
39
3.7.3 切削表面的形成
切削表面基 本上是由刀 具的挤光作 用而形成。 切削表面的 轮廓是在垂 直切削方向 的平面内刀 具轮廓的复 映。即由切 削深度和进 给量综合而 成。
18
3.5.2 金刚石刀具对超精密切削的适应性
(1)金刚石刀具的性能特点
硬度极高。自然界最硬的材料,比硬质合金的硬度高 5~6倍。 摩擦系数低。除黑色金属外,与其它物质的亲和力小。 能磨出极锋锐的刀刃。最小刃口半径1~5nm。 耐磨性好。比硬质合金高50~100倍。 导热性能好,热膨胀系数小,刀具热变形小。 不适宜切黑色金属。 很脆,避免振动。 价格昂贵,刃磨困难。 天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精 密切削刀具。
33
3.7 超精密金刚石刀具切削机理
3.7.1刀具切削模型
在超精密切削过程中,切削深度只有数微米以下, 在切削过程中,刀具的微观形状极为重要,所以要 把刀尖看成具有圆弧半径R的圆角。
34
刀尖附 近的二 维切削 模型
切削时给定的切削深度为t时,由于刀尖的局部变形 δ1而使实际切削深度为t1。而当刀具走过之后,工件 表而将有δ2的弹性变形恢复量。故实际的去除层将 小于实际切削深度。 δ1和 δ2可以通过近似计算求出。
用天然单晶金刚石刀具对有色金属进行超精密切削,
如切削条件正常,刀具无意外损伤,刀具磨损甚慢, 刀具耐用度极高。 天然单晶金刚石刀具用于超精密切削,破损或磨损而 不能继续使用的标志为加工表面粗糙度超过规定值。 金刚石刀具的寿命平时以其切削路径的长度计。如切 削条件正常,金刚石刀具的寿命可达数百公里。 实际使用中金刚石刀具常达不到上述的耐用度,常常 是由于切削刃产生微小崩刃而不能继续使用,这主要 是由于切削时的振动或刀刃的碰撞引起的。
第3章 超精密切削加工
超精密切削加工主要是用高精度的机床和单晶金 刚石刀具进行的加工。故一般称为金刚石刀具切削
1
3.1 超精密切削的历史
60年代初,由于宇航用的陀螺,计算机用的磁 鼓、磁盘,光学扫描用的多面棱镜,大功率激 光核聚变装置用的大直径非圆曲面镜,以及各 种复杂形状的红外光用的立体镜等等各种反射 镜和多面棱镜精度要求极高,使用磨削、研磨、 抛光等方法进行加工,不但加工成本很高,而 且很难满足精度和表面粗糙度的要求。为此, 研究、开发了使用高精度、高刚度的机床和金 刚石刀具进行切削加工的方法加工。
35
3.7.2 最小切削厚度
实际能达到的最小切削厚度与金刚石刀 具的锋锐度、超精密机床的性能状态、 环境条件等有关。 1986年日本大阪大学和美国LLL实验室 开展合作研究。在切削厚度极小时 (1nm),仍能得到连续稳定的切屑。
36
最小切削厚度与刀具刃口半径的关系
临界点A,A点以上材料将堆积形成切屑, A点以下材料经弹塑性变形形成加工表面。
切削表面形成的模型
40
影响切削表面粗糙度的因素
(1)切削刃的粗糙度的影响
41
(2)切削刃的复映性的影响
42
(3)鳞刺与加工变质层的影响
43
3.7.4 超精密切削的切屑形成
(1)切削深度与切屑形成
44
(2)被切削材料与切屑形成
不同结晶方位切削黄铜单晶时的切屑生成的形态变化
45
黄铜单晶切屑形成的层状滑移结构
46
加工过程所产生的误差
加 环境 夹具夹紧 工具
工
过
程 加工现象
机械运动 工具
零件的几何 形状及尺寸 误差 加工机械
工件
磨损
变形(由于力、热)
运动误差
加工误差、尺寸误差、形位误 差 、表面粗糙度、加工变质层
47
12
3.3 金刚石刀具切削的优点(2)
金刚石刀具超精密切削与一般切削加工相比, 精度要高1-2个量级。 从成本上看,用去氧铜经SPDT进行加工的光 学反射镜、棱镜等与过去用镀铬经磨料加工的 产品相比,成本大约为后者的一半或数分之一。 在SPDT加工过程中可采用数控进行批量生产, 这样不仅可以缩短加工时间,而且可以很容易 地加工非球面及其他形状复杂的表面,故相对 而言,虽然加工设备最初的投资较高,但与效 益相比,成本还是低的。
TiC
Fe Cu
3.2
2.1 1.2
900
1534 1100
1.1
2.9 3.7
17
3.5.1 超精密切削对刀具的要求
2) 切削刃的粗糙度。切削时切削刃的粗糙度将决 定加工表面的粗糙度。普通刀刃的粗糙度 Ry0.3~5 μm , 金 刚 石 刀 具 刀 刃 的 粗 糙 度 Ry0.1~0.2 μm,特殊情况Ry1nm,很难。 3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 保证长的刀具寿命。 4) 刀刃无缺陷,足够的强度,耐崩刃性能。 5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、 摩擦系数低,能得到极好的加工表面完整性。
28
3.5.3 金刚石刀具的几何形状和结构
(1)刀头形式
尖刃 安装方便,但一般不用。 单直线刃 安装和刃磨困难,加工残 留面积最小。 多棱刃 安装和刃磨方便,加工表 面质量好 。 圆弧刃 安装方便,加工残余面积 小,刃磨困难。
29
(2)刀具几何角度
刀具前角一般 γ =0º 、 γ =6º 两种。加工塑性材 料时,前角应选大一些,使得切削能顺利从前 面流出,减小切削力。因金刚石刀具较脆,前 角取大时易崩裂,故通常取为 0 ,而在加工薄 壁零件时取γ =6º 。 后角的作用是较少后间隙与零件的摩擦,一般 取α =6º ~12º ,为了改善刀具的传热和增加刀具 强度,可取α =5º 。
26
金刚石与CBN的热特性
27
(7)适于金刚石刀具切削的金属
Cu、Al、Pb非电解Ni黄铜可加工性极好 Au、Ag、Pt和铍青铜可加工性良好 Be、Ta、Fe、Ni、Mo、Ti、V、W等可 加工性差 各种塑料的可加工性良好 光学元件所使用的Si、Ce、NaCl、CaF等 可加工性比切削性能良好的金属差
理想情况下,超精密加工表明应该是金刚石刀具切削刃形状在被 加工表面的复映。 金刚石刀具切削刃轮廓的复映性与被加工材料有关,受金刚石与 被加工材料亲和性所影响。除W、Be及铁金属外,其它的金属和 塑料有较好的复映性。
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(5)金刚石刀具的强度和耐缺损性能
与金刚石的结晶方位有关; 从金刚石原材料的形态和研磨成形的难易度出发, 超精密切削刀具多以金刚石的(110)面或(111)面 作为前刀面。 金刚石刀具耐缺损(崩刃)性能与强度有直接关系。 在普通金属的切削条件下不会发生缺损(崩刃) 。
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3.5.4 其它刀具材料
人造金刚石 刀具
立方氮化硼 (CBN) 刀具
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美国LLL实验室的刀具磨损试验结果
在切削长度超过20km后,加工表面粗糙度尺仍在0.01um以内, 刀具仍能继续使用。由于刀具的磨损甚少,故同一刀具可以加 工很多零件,零件的尺寸一致,基本不受刀具磨损的影响。
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3.6 超精密切削时的刀具磨损和寿命
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3.4 影响金刚石刀具切削加工的因素
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3.5 超精磨切削的刀具
3.5.1 超精密切削对刀具的要求
1) 刀具刃口锋锐度ρ 能磨得极其锋锐,刃口圆弧半径 ρ 极小,能实现超 薄切削厚度,减小切削表面弹性恢复和表面变质层。 ρ与切削刃的加工方位有关,普通刀具 5~30μm,金 刚石刀具<10nm; 从物理学的观点,刃口半径ρ有一极限。
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刀具刃口最小半径观测
通过扫描电镜对刀具刃口的观察和对最小切屑厚度 的测量,推断目前刃口半径最小可<10nm。
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(3)金刚石刀具刃口的粗糙度
目前,经研磨成形的刀面粗糙度在刀具有效切削长度 上比较容易达到1nm,切削刃的粗糙度可达到Ry10nm。
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(4)金刚石刀具切削刃轮廓的复映性
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不同刀具材料硬度
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(2)金刚石刀具刃口的锋锐性
物理学计算值:最小极限圆弧半径ρ =2nm; 目前没有可靠的测量方法,究竟最小可达到什 么程度还没有定论; 试验推断目前ρ<10nm;
一般情况下,经过精密研磨成形的金刚石刀具 刃口半径ρ =0.2~0.5 μm。特殊精心研磨可达 到ρ =0.1 μm。
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经SPDT加工的光学元件成品示意图
图中所示的各种形状的零件是去氧铜或铝合金材料,
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3. 2 超精密切削加工的应用
平面镜的切削
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(1)平面镜的切削
平面度<0.06
µ m
表面粗糙度 Rmax<0.02
µ m
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玻璃镜的切削
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测量结果
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(2)多面镜的切削
激光印刷机、复 印机。 面分度精度7.5" 面倾斜精度3.6“
平面度<0.07 µ m
表面粗糙度 <Rmax0.02 µ m
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(3)球面镜的切削
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(4)球面镜的切削
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(5)其它零件的切削
球面(球轴承)车 削 复印机硒鼓(圆柱 面)车削 磁盘基片的车削